[科普中国]-黑色金属材料

金属材料的一类。主要是钢和铸铁。是最重要的化工机械材料。黑色金属材料主要指铁和钢，多数化工机械设备是用铸铁和碳钢制成的

黑色金属材料是铁和以铁为基的合金（钢、铸铁和铁合金）。

基本介绍黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90%以上的工业纯铁，含碳2%～4%的铸铁，含碳小于2%的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、精密合金等。广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。铸铁和钢都是铁和碳的合金，其区别是含碳量和内部组织结构不同。铸铁是含碳量大于2%的铁碳合金，钢是含碳量小于2%的铁碳合金。它们是工业上最广泛应用的金属材料，在国民经济中占有极重要的地位。

工业用钢按化学成分可分为碳素钢(简称碳钢，carbon steel)和合金钢(alloy steel)两大类。碳钢是含碳量小于2.11%的铁碳合金。钢中除铁、碳之外，还含有少量的锰、硅、硫、磷等杂质。由于碳钢价格低廉、便于获得、容易加工、具有较好的力学性能，因此得到r极广泛的应用。但是，随着现代工业和科学技术的发展，对钢的力学性能和物理、化学性能提出了更高的要求，从而就发展了合金钢。所谓合金钢，是为了得到或改善某些性能，在碳钢的基础上添加适量的一种或多种合金元素而得到的多元的以铁为基的合金。

铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金。除碳以外，铸铁还含有较多的Si、Mn和其他一些杂质元素。为了提高铸铁的机械性能，还可加入一定量的合金元素，形成合金铸铁。同钢相比，铸铁熔炼简便、成本低廉，虽然强度、塑性和韧性较低，但是具有优良的铸造性能、很高的减摩和耐磨性、良好的消震性和切削加工性以及缺口敏感性低等一系列优点。铸铁广泛应用于机械制造、冶金、石油化工、交通、建筑和国防等工业部门。铸铁和钢有相同的基体。铸铁中的金属基体主要有铁素体、珠光体及铁素体加珠光体三类。由于铁液化学成分、冷却速度以及铁液处理方法不同，因此铸铁中的碳除少量固溶于铁素体外，其余的既呵以形成石墨，也可以形成渗碳体。1

种类举例钢钢分为两类：碳素钢和合金钢。

(1)碳素钢。含碳量小于2.11%并含有少量杂质的铁碳合金统称为碳素钢。碳素钢由于价格低廉、工艺性良好，因此在汽车制造工业中获得了广泛的应用。

在汽车制造工业中常用的碳素钢主要有碳素结构钢、优质碳素结构钢和铸钢。

(2)合金钢。为了改善钢的性能，炼钢时有目的地加入一些合金元素所形成的钢称为合金钢。常添加的合金元素有钛、铌、钨、钼、铬、锰、铝、钻、硅、硼、氮及稀土元素等。

合金钢种类很多，在汽车工业中常用的是合金结构钢和滚动轴承钢。滚动轴承钢是用来制造滚动轴承滚动体、内外套圈的专用钢。合金结构钢根据成分和用途不同可分为低合金高强度结构钢、合金渗碳钢、合金调质钢和合金弹簧钢。

铸铁含碳量大于2.11%的铁碳合金称为铸铁，其强度、塑性和韧性都较差，但具有良好的铸造性、切削加工性和减磨性等，而且生产设备和工艺简单，价格便宜，因此在汽车工业中得到了广泛的应用。

根据铸铁中石墨结晶形态的不同，可以将铸铁分为3类：灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁。

(1)灰口铸铁。铸铁组织中石墨呈片状结晶，机械性能不高，但生产工艺简单，切削加工性能好，价格低廉，具有良好的减磨性，因此使用较为广泛。

(2)可锻铸铁。铸铁组织中石墨形态呈团絮状，其机械性能高于普通灰口铸铁，但生产工艺较为复杂，成本较高，一般用来制造重要的小型铸件。

区域分布湖南、内蒙古 山东、河北省、辽宁省、山西、四川铁矿、陕西省、青海省铬矿。

本词条内容贡献者为:

杨晓红 - 副教授 - 西南大学